Διαφορά μεταξύ μικροσωληνίσκων και μικρονημάτων

Κύρια διαφορά – Μικροσωληνίσκοι έναντι μικρονημάτων

Οι μικροσωληνίσκοι και τα μικρονημάτια είναι δύο συστατικά του κυτταροσκελετού ενός κυττάρου. Ο κυτταροσκελετός σχηματίζεται από μικροσωληνίσκους, μικρονημάτια και ενδιάμεσα νήματα. Οι μικροσωληνίσκοι σχηματίζονται από τον πολυμερισμό πρωτεϊνών τουμπουλίνης. Παρέχουν μηχανική υποστήριξη στο κύτταρο και συμβάλλουν στην ενδοκυτταρική μεταφορά. Τα μικρονήματα σχηματίζονται από τον πολυμερισμό μονομερών πρωτεΐνης ακτίνης. Συμβάλλουν στην κίνηση του κυττάρου σε μια επιφάνεια. Η κύρια διαφορά μεταξύ μικροσωληνίσκων και μικρονημάτων είναι ότι οι μικροσωληνίσκοι είναι μακροί, κοίλοι κύλινδροι, που αποτελούνται από μονάδες πρωτεΐνης τουμπουλίνης, ενώ τα μικρονημάτια είναι δίκλωνα ελικοειδή πολυμερή, που αποτελούνται από πρωτεΐνες ακτίνης .

1. Τι είναι οι μικροσωληνίσκοι
      – Δομή, Λειτουργία, Χαρακτηριστικά
2. Τι είναι τα Μικρονήματα
      – Δομή, Λειτουργία, Χαρακτηριστικά
3. Ποια είναι η διαφορά μεταξύ Μικροσωληνίσκων και Μικρονημάτων

Τι είναι οι μικροσωληνίσκοι

Οι μικροσωληνίσκοι είναι πολυμερή πρωτεΐνης τουμπουλίνης που βρίσκονται παντού στο κυτταρόπλασμα. Οι μικροσωληνίσκοι είναι ένα από τα συστατικά του κυτταροπλάσματος. Σχηματίζονται από τον πολυμερισμό του διμερούς άλφα και βήτα τουμπουλίνης. Το πολυμερές της τουμπουλίνης μπορεί να αναπτυχθεί έως και 50 μικρόμετρα σε μια εξαιρετικά δυναμική φύση. Η εξωτερική διάμετρος του σωλήνα είναι περίπου 24 nm και η εσωτερική διάμετρος είναι περίπου 12 nm. Οι μικροσωληνίσκοι μπορούν να βρεθούν σε ευκαρυώτες και βακτήρια.

Δομή Μικροσωληνίσκων

Οι ευκαρυωτικοί μικροσωληνίσκοι είναι μακριές και κοίλες κυλινδρικές δομές. Ο εσωτερικός χώρος του κυλίνδρου αναφέρεται ως αυλός. Το μονομερές του πολυμερούς τουμπουλίνης είναι το διμερές α/β-τουμπουλίνης. Αυτό το διμερές συνδέεται με το άκρο σε άκρο για να σχηματίσει ένα γραμμικό πρωτονήμα το οποίο στη συνέχεια συνδέεται πλευρικά για να σχηματίσει έναν μόνο μικροσωληνίσκο. Συνήθως, περίπου δεκατρία πρωτονημάτια συνδέονται σε έναν μόνο μικροσωληνίσκο. Έτσι, το επίπεδο αμινοξέων είναι 50% σε κάθε α και β-τουμπουλίνη του πολυμερούς. Το μοριακό βάρος του πολυμερούς είναι περίπου 50 kDa. Το πολυμερές μικροσωληνίσκου έχει μια πολικότητα μεταξύ δύο άκρων, το ένα άκρο περιέχει μια α-υπομονάδα και το άλλο άκρο περιέχει μια β-υπομονάδα. Έτσι, τα δύο άκρα ορίζονται ως άκρα (-) και (+), αντίστοιχα.

Εικόνα 1:Δομή μικροσωληνίσκου

Ενδοκυτταρική οργάνωση μικροσωληνίσκων

Η οργάνωση των μικροσωληνίσκων σε ένα κύτταρο ποικίλλει ανάλογα με τον τύπο του κυττάρου. Στα επιθηλιακά κύτταρα, τα (-) άκρα είναι οργανωμένα κατά μήκος του κορυφαίου-βασικού άξονα. Αυτή η οργάνωση διευκολύνει τη μεταφορά οργανιδίων, κυστιδίων και πρωτεϊνών κατά μήκος του κορυφαίου-βασικού άξονα του κυττάρου. Σε τύπους μεσεγχυματικών κυττάρων όπως οι ινοβλάστες, οι μικροσωληνίσκοι αγκυρώνονται στο κεντρόσωμα, ακτινοβολώντας το (+) άκρο τους στην περιφέρεια του κυττάρου. Αυτή η οργάνωση υποστηρίζει τις κινήσεις των ινοβλαστών. Οι μικροσωληνίσκοι, μαζί με τον βοηθό των κινητικών πρωτεϊνών, οργανώνουν τη συσκευή Golgi και το ενδοπλασματικό δίκτυο. Ένα κύτταρο ινοβλάστης που περιέχει τους μικροσωληνίσκους φαίνεται στην εικόνα 2 .

Εικόνα 2:Μικροσωληνίσκοι σε κύτταρο ινοβλάστης
Οι μικροσωληνίσκοι είναι φθορίζοντες με πράσινο χρώμα και η ακτίνη με κόκκινο χρώμα.

Λειτουργία μικροσωληνίσκων

Οι μικροσωληνίσκοι συμβάλλουν στο σχηματισμό του κυτταροσκελετού, του δομικού δικτύου του κυττάρου. Ο κυτταροσκελετός παρέχει τη μηχανική υποστήριξη, τη μεταφορά, την κινητικότητα, τον χρωμοσωμικό διαχωρισμό και την οργάνωση του κυτταροπλάσματος. Οι μικροσωληνίσκοι είναι ικανοί να παράγουν δυνάμεις συστέλλοντας και επιτρέπουν την κυτταρική μεταφορά μαζί με τις πρωτεΐνες του κινητήρα. Οι μικροσωληνίσκοι και τα νημάτια ακτίνης παρέχουν ένα εσωτερικό πλαίσιο στον κυτταροσκελετό και του επιτρέπουν να αλλάζει το σχήμα του ενώ κινείται. Τα συστατικά του ευκαρυωτικού κυτταροσκελετού φαίνονται στην εικόνα 3 . Οι μικροσωληνίσκοι βάφονται με πράσινο χρώμα. Τα νήματα ακτίνης χρωματίζονται σε κόκκινο χρώμα και οι πυρήνες βάφονται σε μπλε χρώμα.

Εικόνα 3:Κυτοσκελετός

Οι μικροσωληνίσκοι που εμπλέκονται στον χρωμοσωμικό διαχωρισμό κατά τη μίτωση και τη μείωση σχηματίζουν την άτρακτο συσκευή . Πυρηνώνονται στο κεντρομερίδιο, το οποίο είναι τα κέντρα οργάνωσης μικροσωληνίσκων (MTOCs), προκειμένου να σχηματιστεί η συσκευή της ατράκτου. Οργανώνονται επίσης στα βασικά σώματα των βλεφαρίδων και των μαστιγίων σαν εσωτερικές δομές.

Οι μικροσωληνίσκοι επιτρέπουν τη γονιδιακή ρύθμιση μέσω της ειδικής έκφρασης μεταγραφικών παραγόντων, οι οποίοι διατηρούν τη διαφορική έκφραση των γονιδίων, με τη βοήθεια της δυναμικής φύσης των μικροσωληνίσκων.

Συσχετισμένες πρωτεΐνες με μικροσωληνίσκους

Διάφορες δυναμικές των μικροσωληνίσκων, όπως οι ρυθμοί πολυμερισμού, αποπολυμερισμού και καταστροφής ρυθμίζονται από πρωτεΐνες που σχετίζονται με μικροσωληνίσκους (MAP). Οι πρωτεΐνες Tau, οι MAP-1, MAP-2, MAP-3, MAP-4, η κατανίνη και το fidgeting θεωρούνται ως MAP. Οι πρωτεΐνες παρακολούθησης plus-end (+TIPs) όπως το CLIP170 είναι μια άλλη κατηγορία MAP. Οι μικροσωληνίσκοι είναι τα υποστρώματα για τις πρωτεΐνες κινητήρα, οι οποίες είναι η τελευταία κατηγορία MAP. Η δυνεΐνη, η οποία κινείται προς το (-) άκρο του μικροσωληνίσκου και η κινεσίνη, η οποία κινείται προς το  (+) άκρο του μικροσωληνίσκου, είναι οι δύο τύποι κινητικών πρωτεϊνών που βρίσκονται στα κύτταρα. Οι κινητικές πρωτεΐνες παίζουν σημαντικό ρόλο στην κυτταρική διαίρεση και τη διακίνηση κυστιδίων. Οι πρωτεΐνες κινητήρα υδρολύουν το ATP για να παράγουν μηχανική ενέργεια για τη μεταφορά.

Τι είναι τα μικρονήματα

Τα νημάτια που αποτελούνται από νήματα ακτίνης είναι γνωστά ως μικρονήματα. Τα μικρονημάτια αποτελούν συστατικό του κυτταροσκελετού. Σχηματίζονται από τον πολυμερισμό μονομερών πρωτεΐνης ακτίνης. Ένα μικρονήμα έχει διάμετρο περίπου 7 nm και αποτελείται από δύο κλώνους σε ελικοειδή φύση.

Δομή μικρονημάτων

Οι πιο λεπτές ίνες στον κυτταροσκελετό είναι μικρονημάτια. Το μονομερές, το οποίο σχηματίζει το μικρονήμα ονομάζεται σφαιρική υπομονάδα ακτίνης (G-actin). Ένα νήμα της διπλής έλικας ονομάζεται νηματώδης ακτίνη (F-ακτίνη). Η πολικότητα των μικρονημάτων προσδιορίζεται από το σχέδιο δέσμευσης των θραυσμάτων μυοσίνης S1 στα νήματα ακτίνης. Επομένως, το αιχμηρό άκρο ονομάζεται άκρο (-) και το αγκαθωτό άκρο ονομάζεται άκρο (+). Η δομή του μικρονήματος φαίνεται στο σχήμα 3 .

Εικόνα 3:Ένα μικρονήμα

Οργάνωση μικρονημάτων

Τρία από τα μονομερή της G-ακτίνης συνδέονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν ένα τριμερές. Η ακτίνη, η οποία είναι δεσμευμένη στο ATP, συνδέεται με το αγκαθωτό άκρο, υδρολύοντας το ATP. Η ικανότητα δέσμευσης της ακτίνης με τις γειτονικές υπομονάδες μειώνεται από αυτοκαταλυόμενα γεγονότα έως ότου υδρολυθεί το προηγούμενο ATP. Ο πολυμερισμός ακτίνης καταλύεται από ακτοκλαμίνες, μια κατηγορία μοριακών κινητήρων. Τα μικρονήματα ακτίνης στα καρδιομυοκύτταρα φαίνονται, βαμμένα με πράσινο χρώμα στο σχήμα 4 . Το μπλε χρώμα δείχνει τον πυρήνα.

Εικόνα 4:Μικρονημάτια σε καρδιομυοκύτταρα

Λειτουργία μικρονημάτων

Τα μικρονημάτια εμπλέκονται στην κυτταροκίνηση και κελί κινητικότητα όπως η κίνηση των αμοιβάδων. Γενικά, παίζουν ρόλο στο σχήμα των κυττάρων, τη συσταλτικότητα των κυττάρων, τη μηχανική σταθερότητα, την εξωκυττάρωση και την ενδοκυττάρωση. Τα μικρονήματα είναι ισχυρά και σχετικά εύκαμπτα. Είναι ανθεκτικά σε ρωγμές από δυνάμεις εφελκυσμού και λυγισμό από θλιπτικές δυνάμεις πολλαπλών πικονεύτονων. Η κινητικότητα του κυττάρου επιτυγχάνεται με την επιμήκυνση του ενός άκρου και τη συστολή του άλλου άκρου. Τα μικρονήματα λειτουργούν επίσης ως συσταλτικοί μοριακόι κινητήρες που οδηγούνται από την ακτομυοσίνη, μαζί με τις πρωτεΐνες μυοσίνης II.

Συσχετισμένες πρωτεΐνες με μικρονήματα

Ο σχηματισμός των νηματίων ακτίνης ρυθμίζεται από τις σχετικές πρωτεΐνες με μικροσωληνίσκους όπως,

• Πρωτεΐνες που δεσμεύουν μονομερή ακτίνη (θυμοσίνη βήτα-4 και προφίλ)
• Διασύνδεση νηματίων (φασκίνη, κροσσός και άλφα-ακτινίνη)
• Σύμπλοκο νηματοειδούς πυρήνα ή πρωτεΐνης 2/3 (Arp2/3) που σχετίζεται με την ακτίνη
• Πρωτεΐνες αποκοπής νήματος (gelsolin)
• Πρωτεΐνη παρακολούθησης άκρου νήματος (φορμίνες, N-WASP και VASP)
• Καλπώματα με ακίδες με νήμα όπως το CapG.
• Πρωτεΐνες αποπολυμερισμού ακτίνης (ADF/κοφιλίνη)

Διαφορά μεταξύ μικροσωληνίσκων και μικρονημάτων

Δομή

Μικροσωληνίσκοι: Ο μικροσωληνίσκος είναι ένα ελικοειδή πλέγμα.

Μικρονήματα: Το μικρονήμα είναι διπλή έλικα.

Διάμετρος

Μικροσωληνίσκοι:  Ο μικροσωληνίσκος έχει διάμετρο 7 nm.

Μικρονήματα:  Το μικρονήμα έχει διάμετρο 20-25 nm.

Σύνθεση

Μικροσωληνίσκοι: Οι μικροσωληνίσκοι αποτελούνται από άλφα και βήτα υπομονάδες πρωτεΐνης τουμπουλίνης.

Μικρονήματα: Τα μικρονημάτια αποτελούνται κυρίως από συσταλτική πρωτεΐνη που ονομάζεται ακτίνη.

Δύναμη

Μικροσωληνίσκοι: Οι μικροσωληνίσκοι είναι άκαμπτοι και αντιστέκονται στις δυνάμεις κάμψης.

Μικρονήματα: Τα μικρονήματα είναι εύκαμπτα και σχετικά ισχυρά. Αντιστέκονται στον λυγισμό λόγω συμπιεστικών δυνάμεων και θραύσης του νήματος από δυνάμεις εφελκυσμού.

Συνάρτηση

Μικροσωληνίσκοι: Οι μικροσωληνίσκοι βοηθούν τις κυτταρικές λειτουργίες όπως η μίτωση και διάφορες λειτουργίες μεταφοράς κυττάρων.

Μικρονήματα: Τα μικρονήματα βοηθούν τα κύτταρα να κινούνται.

Συσχετισμένες πρωτεΐνες

Μικροσωληνίσκοι: Οι MAPs, οι +TIPs και οι πρωτεΐνες κινητήρα είναι οι σχετικές πρωτεΐνες που ρυθμίζουν τη δυναμική των μικροσωληνίσκων.

Μικρονημάτια: Οι πρωτεΐνες που δεσμεύουν μονομερή ακτίνη, οι διασυνδέτες νημάτων, το σύμπλεγμα πρωτεΐνης 2/3 (Arp2/3) που σχετίζεται με την ακτίνη και οι πρωτεΐνες αποκοπής νήματος εμπλέκονται στη ρύθμιση της δυναμικής των μικρονημάτων.

Συμπέρασμα

Οι μικροσωληνίσκοι και τα μικρονημάτια είναι δύο συστατικά στον κυτταροσκελετό. Η κύρια διαφορά μεταξύ των μικροσωληνίσκων και των μικρονημάτων είναι στη δομή και τη λειτουργία τους. Οι μικροσωληνίσκοι έχουν μακριά, κοίλη κυλινδρική δομή. Σχηματίζονται από τον πολυμερισμό πρωτεϊνών τουμπουλίνης. Ο κύριος ρόλος των μικροσωληνίσκων είναι να παρέχουν μηχανική υποστήριξη στο κύτταρο, να συμμετέχουν στον χρωμοσωμικό διαχωρισμό και να διατηρούν τη μεταφορά των συστατικών μέσα στο κύτταρο. Από την άλλη πλευρά, τα μικρονημάτια είναι ελικοειδείς δομές, πιο ισχυρές και εύκαμπτες σε σύγκριση με τους μικροσωληνίσκους. Συμμετέχουν στην κίνηση του κυττάρου σε μια επιφάνεια. Τόσο οι μικροσωληνίσκοι όσο και τα μικρονημάτια είναι δυναμικές δομές. Η δυναμική τους φύση ρυθμίζεται από συνδεδεμένες πρωτεΐνες με τα πολυμερή.